在 PCB 板上，焊盤的不正確尺寸、對(duì)齊或位置可能會(huì)導(dǎo)致組件在電氣性能和可制造性方面出現(xiàn)問題。?PCB 設(shè)計(jì)的焊盤就像建房子中的地基一樣，地基沒有打好，那房子能穩(wěn)固嗎？同樣的 PCB 焊盤設(shè)計(jì)出了問題，那板子可靠嗎？

就像地基對(duì)房子的重要，PCB焊盤的設(shè)計(jì)也是同樣的重要

PCB設(shè)計(jì)中的焊盤是什么？

焊盤就是電路板上金屬暴露區(qū)域，用于將管芯上的電路連接到封裝芯片柵的引腳。

PCB板上的焊盤圖

PCB中錯(cuò)誤的焊盤尺寸會(huì)導(dǎo)致的問題

PCB 封裝中焊盤的尺寸、形狀、位置直接關(guān)系到電路板的制造能力，在PCB組裝的焊接過程中，使用尺寸不正確位置或者位置不正確的焊盤可能會(huì)導(dǎo)致不同的問題，以下列出幾點(diǎn)：

1、浮動(dòng)部件

如果貼片元件位于太大或間距不正確的焊盤上，那么該部件可能會(huì)在回流焊期間浮動(dòng)偏離位置。這可能導(dǎo)致焊料橋接到其他金屬上，并且導(dǎo)致熱冷卻、返工和?PCB 測(cè)試的元件間距不足。

2、不完整的焊點(diǎn)

焊盤太小或間隔太近可能沒有足夠的空間形成足夠的焊料圓角。這會(huì)使零件的焊接連接不良或根本沒有焊點(diǎn)。

3、焊料橋接

太大的表面貼裝焊盤會(huì)使零件浮動(dòng)，這可能導(dǎo)致焊料橋接。這是焊料越過另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的焊盤或金屬特征并產(chǎn)生直接短路的地方。如果正確的阻焊層和焊膏特征沒有設(shè)計(jì)到 CAD 工具中的焊盤形狀中，也可能發(fā)生焊料橋接。

4、立碑

小的兩個(gè)固定 SMT 零件，例如電阻和電容，如果它們的焊盤尺寸不同，則可能會(huì)出現(xiàn)焊接問題。一個(gè)焊盤會(huì)比另一個(gè)焊盤加熱得更快，熔化的焊料會(huì)將零件向上拉離另一個(gè)焊盤，像墓碑一樣粘在上面。

5、焊料芯吸

如果構(gòu)造不正確，通孔焊盤也會(huì)遇到困難。如果將太大的鉆孔尺寸用于進(jìn)入孔的元件引線，則焊料可能會(huì)在良好連接之前通過孔芯吸走。另一方面，鉆頭尺寸太小會(huì)使插入元件引線變得困難并減慢組裝速度。

6、通孔斷路

通孔焊盤必須有一個(gè)實(shí)心圓環(huán)以確保可焊性，它是孔壁和焊盤外周邊之間的金屬。圓環(huán)規(guī)格設(shè)計(jì)得足夠大，允許鉆頭從孔中心偏移符合預(yù)期。但是，如果焊盤太小，則環(huán)形圈可能會(huì)出現(xiàn)一些斷裂，而太多的斷裂會(huì)導(dǎo)致焊接不當(dāng)或電路損壞和不完整。

如果焊盤尺寸對(duì)于所使用的鉆孔來說太小，鉆頭在正常鉆孔操作過程中可能會(huì)輕微晃動(dòng)并脫離焊盤形狀。

7、 與其他金屬短路

焊盤太小會(huì)使表面走線過于靠近焊接在其上的部件，從而產(chǎn)生潛在的金屬短路區(qū)域。另一方面，太大的焊盤可能會(huì)限制它們之間的走線布線，從而使電路板布線更加困難。

PCB中焊盤設(shè)計(jì)的分類

1、表面貼裝焊盤

1）用于安裝表面貼裝元件的焊盤稱為表面貼裝焊盤。這些焊盤具有以下特點(diǎn)：顯示銅面積的焊盤。這可以是矩形、圓形、方形或長(zhǎng)方形等其他形狀。

焊盤形狀和應(yīng)用

2）阻焊層

3）焊膏

4）焊盤編號(hào)（組件存在的焊盤數(shù)量）

表面貼裝焊盤的焊盤設(shè)計(jì)

2、通孔焊盤

用于安裝通孔元件的焊盤稱為通孔焊盤，有兩種類型：

1）電鍍通孔 (PTH)

PTH?是指帶有通孔的焊盤，孔壁會(huì)鍍上銅，有時(shí)還會(huì)鍍上焊料或其他保護(hù)性鍍層。孔電鍍是使用電解工藝完成的，鍍層提供了電路板不同層之間的電連接。

2）非鍍通孔（NPTH）

NPTH?是指在孔中沒有電鍍的焊盤。該焊盤主要用于單面板或這些孔用于將 PCB 安裝在外殼中，并通過這些孔安裝螺釘。通常，未電鍍的孔在孔周圍的區(qū)域中沒有任何銅（類似于板邊緣間隙），這樣做是為了防止銅層和要放置的部件之間發(fā)生短路。

通孔焊盤的不同部分通常稱為焊盤堆棧，包括：

頂墊

底墊

內(nèi)墊

鉆頭

環(huán)形圈

針號(hào)

插件焊盤

3、BGA 焊盤的特殊功能

1）SMD 焊盤與 NSMD 焊盤

正確的焊盤設(shè)計(jì)對(duì)于確保BGA 組件的可制造性至關(guān)重要。基本上有兩種類型的?BGA 焊盤——阻焊層定義焊盤 (SMD) 和非阻焊層定義焊盤 (NSMD)。

2）阻焊層定義 (SMD) BGA 焊盤

SMD 焊盤由應(yīng)用于 BGA 焊盤的阻焊孔定義。這些焊盤具有阻焊孔，使得掩膜開口小于它們覆蓋的焊盤的直徑，這樣做是為了縮小零件焊接到的銅焊盤尺寸。

下圖顯示了如何指定阻焊層覆蓋下面的銅焊盤的一部分。

這可以帶來兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)——首先，重疊的掩模有助于防止焊盤因機(jī)械或熱應(yīng)力而從板上抬起。第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是掩模中的開口將為 BGA 每一個(gè)焊球創(chuàng)建一個(gè)通道，以便在零件通過焊接過程時(shí)與之對(duì)齊。

SMD BGA 焊盤的銅層通常具有與 BGA 上的焊盤相同的直徑。為了生成 SMD 覆蓋，傳統(tǒng)上使用減少 20%。

MD 和 NSMD 焊盤

3）非阻焊層定義的 BGA 焊盤 (NSMD)

NSMD 焊盤與 SMD 焊盤的不同之處在于阻焊層被定義為不接觸銅焊盤，是創(chuàng)建掩模，以便在焊盤邊緣和阻焊層之間產(chǎn)生間隙。

NSMD焊盤橫截面

這里的銅焊盤尺寸是由銅焊盤直徑而不是掩模層定義的。

NSMD 焊盤可以小于焊球的直徑，焊盤尺寸的減小是焊球直徑的 20%。這種方法在相鄰焊盤之間留出更多空間，使走線更容易，并用于高密度和細(xì)間距 BGA 芯片。NSMD 焊盤的一個(gè)缺點(diǎn)是它們很容易因熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力而分層。然而，當(dāng)遵循標(biāo)準(zhǔn)制造和處理實(shí)踐時(shí)，可以防止 NSMD 焊盤分層。

怎么得到PCB 焊盤設(shè)計(jì)尺寸？

下面幾個(gè)方法可用于獲得你將使用的 PCB 焊盤和組件封裝的正確尺寸和形狀。

1、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

PCB 設(shè)計(jì)行業(yè)多年來為電路板布局的各個(gè)方面制定了標(biāo)準(zhǔn)，包括推薦的焊盤和焊盤圖案尺寸。IPC-7351就是其中之一，還有其他例子。

2、焊盤和焊盤圖形生成器

當(dāng)今的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化 (EDA) 工具包括焊盤和焊盤圖形生成器，也稱為庫(kù)向?qū)А４祟愜浖δ芡ǔＥc IPC 標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合，并將自動(dòng)生成組件所需的焊盤形狀和尺寸。

3、組件供應(yīng)商datasheet

每個(gè) PCB 組件制造商都會(huì)發(fā)布一份關(guān)于他們提供的零件的?datasheet。除了這些數(shù)據(jù)表中的電氣和物理規(guī)格外，它們通常還包括推薦的 PCB 布局焊盤圖案。

4、焊盤和焊盤圖形計(jì)算器

工程師和其他用戶可以在線找各種焊盤和焊盤圖形計(jì)算器。

5、公司標(biāo)準(zhǔn)

許多公司都有自己的焊盤焊盤圖案標(biāo)準(zhǔn)，他們希望在設(shè)計(jì)電路板時(shí)遵循這些標(biāo)準(zhǔn)。這些封裝通常是為特定 PCB 制造商量身定制的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和供應(yīng)商規(guī)范的組合。

6、PCB 設(shè)計(jì) CAD 供應(yīng)商庫(kù)

EDA 工具還提供可下載和使用的預(yù)制焊盤庫(kù)和焊盤圖案，購(gòu)買了設(shè)計(jì)工具使用許可的用戶可以使用這些內(nèi)容。

7、PCB 制造商

個(gè)別印刷電路板合同制造商也可能有他們希望你遵循的首選 PCB 焊盤尺寸和焊盤圖案，他們應(yīng)該能夠?yàn)樘峁┳钸m合他們自己的制造工藝的墊的尺寸和形狀。

8、第三方庫(kù)供應(yīng)商

還有一些在線 PCB 庫(kù)供應(yīng)商已經(jīng)構(gòu)建了焊盤和焊盤圖案并可以提供使用。

但是，在 PCB 中使用的焊盤的尺寸和形狀并不是唯一應(yīng)受標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的規(guī)格，用于精確元件放置的間距也很重要。如果板上的部件放置得太近，你可能會(huì)遇到與焊盤尺寸不正確時(shí)相同的焊料橋接問題

PCB設(shè)計(jì)的焊盤形狀尺寸設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（僅供參考）

1、所有焊盤單邊最小不小于0.25mm，整個(gè)焊盤最大直徑不大于器件孔徑的3倍。

2、應(yīng)盡量保證兩個(gè)焊盤邊緣的間距大于0.4mm。

3、在布線密集的情況下，建議使用橢圓形和長(zhǎng)方形圓形焊盤。單面焊盤的直徑或最小寬度為1.6mm；雙面弱電路焊盤只需要0.5mm的孔徑。如果焊盤太大，很容易造成不必要的接頭焊接。孔徑超過1.2mm或焊盤直徑。超過 3.0mm 的焊盤應(yīng)設(shè)計(jì)為菱形或梅花形焊盤。

4、對(duì)于插件元件，為避免焊接時(shí)銅箔破損，單面連接焊盤完全覆銅箔；但是，雙面板的最低要求是彌補(bǔ)淚珠。

5、所有的機(jī)器零件都需要沿彎曲方向設(shè)計(jì)成滴水墊，以保證彎曲腳處的焊點(diǎn)飽滿。

6、大面積銅焊盤上的焊盤應(yīng)使用菊花焊盤代替假焊盤。如果 PCB 有大面積的地線和電源線區(qū)域（面積超過 500 mm2），則應(yīng)部分開路或設(shè)計(jì)為網(wǎng)格填充。

PCB焊盤設(shè)計(jì)制造工藝要求（僅供參考）

1、測(cè)試元件應(yīng)加在貼片元件兩端未與插入元件連接的地方。測(cè)試點(diǎn)的直徑應(yīng)等于或大于1.8mm，以方便在線測(cè)試儀的測(cè)試。

2、間距較緊的IC焊盤如果不接手插焊盤，需要加一個(gè)測(cè)試焊盤。對(duì)于貼片IC，測(cè)試點(diǎn)不能放在貼片IC的絲印內(nèi)。測(cè)試點(diǎn)直徑等于或大于1.8mm，便于在線測(cè)試儀測(cè)試。

3、如果焊盤間距小于0.4mm，必須鋪白油，以減少過峰焊接。

4、貼片元件的尖端和末端應(yīng)采用鉛錫設(shè)計(jì)。鉛錫的寬度建議使用0.5mm的線材，長(zhǎng)度一般為2、3mm。

5、如果單面板有手工焊接的元件，則需要打開錫槽。方向與錫的方向相反。孔的寬度為0.3mm至1.0mm。

6、導(dǎo)電膠按鍵的間距和尺寸應(yīng)與導(dǎo)電膠按鍵的實(shí)際尺寸一致。與此連接的PCB板應(yīng)設(shè)計(jì)為金手指，并指定相應(yīng)的鍍金厚度。

編輯：黃飛